In 1972 nam ze deel aan de Olympische Spelen van München.
Als relatief onbekende zwemster versloeg Belote de Amerikaanse recordhoudster Susan Atwood op de 100 meter rugslag bij de olympische kwalificatiewedstrijden, waarna ze korte tijd later als vijftienjarige wereldfaam verwierf door op de Olympische Spelen te zegevieren op de 100 en de 200 meter rugslag. Op dat laatste onderdeel verbeterde Belote zowel in de series als in de finale haar eigen wereldrecord. Samen met Cathy Carr, Deena Deardurff en Sandra Neilson behaalde Belote ook nog goud in de 4x100 meter wisselslag. Het Amerikaanse viertal won de finale in een wereldrecordtijd van 4.20,75.
Eén jaar later, bij de eerste officiële wereldkampioenschappen langebaan in Belgrado, triomfeerde Belote opnieuw de 200 meter rugslag, terwijl ze zilver won op de 100 meter rugslag en op de 4x100 wisselslag (samen met Marcia Morey, Deena Deardurff en Shirley Babashoff. Tijdens de Olympische Zomerspelen van 1976 in Montreal eindigde Belote vijfde op de 200 meter rugslag.
Belote vestigde in totaal negen Amerikaanse records. Ze beëindigde haar actieve loopbaan in 1979 en werd vier jaar later opgenomen in de International Swimming Hall of Fame.
